AYDINLATMA TASARIM SÜRECĐNDE VIVALDI VE ECOCALC PROGRAMLARININ KULLANIMI Arzu CĐLASUN, Leyla DOKUZER ÖZTÜRK Use of VIVALDI and ECOCALC Programs in Lighting Design Process The contribution points out the variety of application fields of the interactive design and comparison programs VIVALDI and ecocalc. Both artificial and daylight in combination with artificial light solutions of an openplan office are tested by using these programs. For artificial lighting, luminaires having similar light distribution output, but different lamp types such as LEDs, fluorescent and a combination of fluorescent and LEDs have been used. Various outputs like consumed energy, energy costs, CO 2 emissions etc. of each solution are determined and compared with each other. The comparison results showed the effect of the used lamp and luminaire type on the consumed energy and total costs of solutions. The importance of daylight availability and lighting control are also emphasized by means of the comparisons. 1. GĐRĐŞ Anahtar kelimeler: VIVALDI, ecocalc, Enerji tüketimi, Enerji giderleri Günümüzde birçok standart aydınlatma programı lamba ışığı ve günışığı ile aydınlatmaya yönelik hesapları ayrı ayrı ya da birlikte yapabilmektedir. VIVALDI ve ecocalc programları ise, söz konusu standart aydınlatma programlarından veri alarak, farklı aydınlatma düzenlerini sürdürülebilirlik ve maliyet açısından karşılaştırma olanağını sağlamaktadır. VIVALDI, aydınlatma tasarımının kullanımına yönelik değişik seçeneklerin görsel olarak sunulmasını sağlama, günışığının katkısına bağlı olarak gün boyunca aydınlatma koşullarının değişimini video ile görselleştirme gibi özellikleri ile de standart programlardan farklılaşmaktadır. ecocalc programının enerji değerlendirmesine yönelik kullanılabilen başka programlardan önemli farkı, belli sayıda aydınlatma düzeninin çeşitli özelliklerini aynı anda inceleyerek birbirleri ile karşılaştırma olanağını tanıması ve karşılaştırılan düzenleri tasarımcının seçtiği ölçütlere göre en olumludan olumsuza doğru sıralamasıdır. Bu bildirinin amacı, VIVALDI ve ecocalc programlarının temel özelliklerini kısaca tanıtmak, program ile ulaşılan sonuçların bir kısmını bir örnek uygulama aracılığı ile sunmaktır. Bu amaçla ele alınan bir büro hacminde farklı lamba türleri kullanılarak oluşturulan aydınlatma düzenleri her iki program aracılığı ile incelenmiş ve değerlendirilmiştir. 2. VIVALDI PROGRAMININ ÖZELLĐKLERĐ Zumtobel Lighting GmbH tarafından hazırlanmış bir interaktif bilgisayar tasarım programı olan VIVALDI standart aydınlatma bilgisayar programlarının sonuçlarını veri olarak kullanır. Enerji tüketimi ile aydınlatma tasarım ölçütlerini değerlendirme özelliği ve interaktif görsel sunumu ile aydınlatma tasarım sürecini destekler [1]. Interaktif görselleştirme, aydınlığın niteliğini değerlendirilme ve ömür çevrim maliyet analizi olmak üzere üç ayrı fonksiyonu olan VIVALDI nin temel özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir (Şekil 1) [2]: Program, kaynak olarak ele alınan hacmin DIALux, ReluxPro gibi standart aydınlatma programlarında oluşturulmuş belli bir ışık sahnesine ait herhangi bir perspektif görüntüyü kullanır. Aydınlatma koşullarını içeren bir fotoğraf ya da eskiz de kaynak veri olarak kullanılabilmektedir. Interaktif görselleştirme için sürekli aynı perspektifin kullanılması
gereklidir. Daha açık bir deyişle, hacim içinde kullanılan her bir farklı aydınlatma aygıtının tek başına yakılı olduğu durumlar ile günün değişik zamanlarında yalnızca günışığının kullanıldığı durumda elde edilen görsel sonuçların standart programlarda aynı perspektif kullanılarak oluşturulup VIVALDI ye aktarılması gerekmektedir. Standart programlarda, günün çeşitli zamanlarında elde edilen günışığı aydınlık düzeyleri dikkate alınarak hacmin bütününde gereksinim duyulan aydınlığı gün boyunca sağlayacak lambalar yakıp söndürme ya da dimmerleme ile devreye sokulur. Bu aşamada, ele alınan her farklı saat için hangi lambaların tam verimle yakıldığı, hangi lambaların ne oranda dimmerlendiği bilinmelidir. VIVALDI ye aktarılan günün çeşitli zamanlarındaki günışığı ile aydınlatmaya ilişkin perspektif görüntülerin her biri üzerinde standart programda yapılan aydınlatma kontrol sistemleri uygulanır. Bu ayarlamalar yapıldıktan sonra tüm görüntüler bir video haline getirilebilmektedir. En fazla 24 saatlik bir süreyi kapsayabilen video içinde, farklı zaman dilimlerine ait aktarılmış görsel veriler arasındaki süreler de otomatik olarak simüle edilebilmektedir. Örneğin, saat 09:00 ve 11:00 için aktarılmış iki görsel veri kullanılarak saat 09:00-11:00 arasındaki görseller videoda izlenebilmektedir. Gün boyunca gerek yalnızca lamba ışığının kullanıldığı statik durum gerekse günışığı ile birlikte lamba ışığının kullanıldığı dinamik duruma ilişkin tüketilen enerjinin miktarı günlük, haftalık, aylık ve yıllık süreler için hesaplanabilmektedir. Video üzerinde, video hazırlanmadan önce uygulanan dimmerleme oranları değiştirilerek, farklı seçenekler de izlenebilmektedir. Ancak bu aşamada yapılan aydınlatma denetimleri yalnızca görsel izlenime dayanmaktadır. Yani, yapılan denetim sonucunda elde edilen aydınlığın hedeflenen değerleri sağlayıp sağlamadığı, ayrıca bir hesap yapılmadığından bilinememektedir. Video üzerindeki olası değişikliklerin istenen koşulları sağlayıp sağlamadığı denetlenmek isteniyorsa perspektif görüntülerinin yanlış renk gösterimi biçiminde VIVALDI ye aktarılması gerekmektedir. Bu yol izlendiğinde, perspektif üzerinde seçilen alan üzerindeki aydınlık düzeyleri görülebilir. Sonuç olarak, bir hacimdeki aydınlatma düzeninin gün boyunca kullanımına dair farklı seçenekler, tüketilen enerji miktarı ve maliyeti, aydınlatma enerjisi sayısal göstergesi (LENI: Lighting Energy Numeric Indicator, kwh/m 2 a) ile karbondioksit salımı açısından karşılaştırılabilmektedir. Dinamik aydınlatmaya yönelik verilen kararlar doğrudan doğruya DALI vb. gibi aydınlatma kontrol sistemlerine aktarılabilmektedir. Programın içindeki ergonomik aydınlatma göstergesi (ELI: Ergonomic Lighting Indicator) uzantısı ile tasarımcının ve/ya da işverenin aydınlığın niteliğine ilişkin görsel değerlendirmesi kırk farklı soru ile saptanmaya çalışılmaktadır [3]. Şekil 1. VIVALDI programının bir arayüzü
3. ECOCALC PROGRAMININ ÖZELLĐKLERĐ ecocalc programı, standart aydınlatma programlarında bir hacimde yalnızca lamba ışığı ile kurulmuş ya da günışığı ve lamba ışığının birlikte kullanıldığı birbirinden farklı aydınlatma düzenlerini çeşitli yönlerden değerlendirmeye yönelik Zumtobel Lighting GmbH tarafından hazırlanıp ücretsiz olarak kullanıma sunulmuş bir programdır [4]. Aydınlık düzeyi denetim sistemlerinin uygulandığı aydınlatma düzenlerinde, günışığını destekleyen lamba ışığının gün boyunca hangi oranlarda dimmerlenmesi gerektiği standart programlarda saptanmalı, bu oranların ortalaması programa veri olarak girilmelidir. Enerji tüketimi hesapları yıllık ortalama ve aydınlatma düzeninin toplam ömrü için elde edilebilmektedir. Bu programın enerji değerlendirmesine yönelik kullanılabilen başka programlardan önemli farkı, belli sayıda aydınlatma düzenini aynı anda değerlendirerek birbirleri ile karşılaştırma olanağı sunmasıdır. Programa veri olarak tasarımcı ya da kullanıcı tarafından girilmesi istenen bilgiler, hacmin boyut, işlev, iç yüzey yansıtma çarpanları gibi özellikleri, hacme ve aydınlatma düzenine ilişkin bakım değeri, bakım için işçi giderleri, yapının yer aldığı ülke, kent, ilgili ülkeye ilişkin karbondioksit salım oranı, elektrik enerjisi tarifesi ve enerji tüketimine ilişkin birim ücret, aydınlatma biçimi, kullanılan tüm lamba ve aydınlatma aygıtlarının teknik özellikleri, fiyatları ve tesisi için işçi giderleri, lamba fiyatlarının aydınlatma düzeninin ömrü boyunca olası artışı, kullanılan aydınlatma kontrol sistemleri (varlık kontrolü, günışığına bağlı kullanım vb.) yeşil ölçütler (lamba ve aygıtın imha ve geri dönüşüm giderleri), olarak özetlenebilir. Hesaplama sonuçlarının aşağıda sıralanan on ölçüt açısından seçilen en çok beş tanesi için aynı anda değerlendirebilmektedir. Seçilen ölçütlerin değerlendirilme sürecindeki ağırlıklarının yüzde cinsinden belirtilmesi istenmektedir. Örneğin, dikkate alınması istenen ölçüt sayısı beş ise, ölçütlerin tasarımcı açısından taşıdığı önem sırasına göre değerlendirilme ağırlıkları %40, %30, %15, %10, %5 olabilir (toplam %100). Değerlendirme ölçütleri, Aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam; giderler, enerji tüketimi, enerji giderleri, CO 2 salımı, imha ve geri dönüşüm giderleri, bakım giderleri, işletim giderleri, sermaye + finans giderleri Yıllık ortalama enerji tüketimi Toplam ilk yatırım giderleri olarak verilmiştir. Hesaplama sonuçları çok sayıda başlık altında sunulmaktadır. Bu sonuçların bir özeti olan Genel sonuçlar 4.2. bölümde yapılan örnek uygulama üzerinde verilmiştir. Sonuçların değerlendirilmesinde dikkate alınması istenen ölçütler ve saptanmış yüzdelerine göre karşılaştırılan aydınlatma düzeni seçenekleri kendi aralarında en olumludan en olumsuza doğru sıralanmaktadır. 4. BĐR BÜRO HACMĐNDE KURULAN FARKLI AYDINLATMA DÜZENLERĐNĐN ENERJĐ TÜKETĐMĐ AÇISINDAN KARŞILAŞTIRMASI ecocalc ve VIVALDI programları aracılığı ile enerji tüketiminin değerlendirilmesine örnek oluşturmak amacıyla 11.8m x 6.7m x 3m boyutlarında 6 kişilik bir büro hacmi ele alınmıştır. Hacmin güneye bakan duvarında 9 m x 1.25 m ölçülerinde bir pencere bulunmaktadır. Hacmin iç yüzey yansıtma çarpanları tavan, duvar ve zemin için sırasıyla 0.90, 0.70, 0.30 olarak alınmıştır. Hacmin çalışma bölgesinde ortalama 500 lx aydınlık düzeyi sağlamak üzere
üç farklı aydınlatma aygıtı ile üç farklı aydınlatma düzeni kurulmuştur (Şekil 2). Her üç aydınlatma düzeninde, büro aydınlatması açısından uygun olan doğrusal özellikteki aydınlatma aygıtları seçilmiş, tüketilen enerji açısından olabilecek farklı sonuçları izleyebilmek için aygıtların içindeki lambaların özelliklerinin farklı olması istenmiştir. Buna bağlı olarak, aydınlatma düzenlerinin birinde doğrusal flüoresan lambalı aygıt (A düzeni), ikincisinde doğrusal flüoresan lamba ile birlikte LED içeren aygıt (B düzeni), üçüncüde ise yalnızca LED kullanılan aygıt (C düzeni) seçilmiştir. Lamba türlerinin farklı olduğu doğrusal özellikteki aydınlatma aygıtlarının üçünde de üst ve alt yarı uzaya yayımlanan ışık akısı oranları birbirine yakındır (doğrudan-dolaylı aydınlatma biçimi). Aydınlatma aygıtlarının toplam güçleri ve yayımladıkları ışık akıları farklı olduğundan, üç düzendeki aygıt sayıları ve dolayısıyla aygıt yerleşim düzenleri farklılık göstermiştir. Kullanılan aygıtların ve içindeki lambaların özellikleri Tablo 1 de yer almaktadır. Şekil 2. Büro hacminde oluşturulan A, B ve C aydınlatma düzenleri Đki ayrı program ile ulaşılan sonuçları karşılaştırabilmek amacıyla yalnızca lamba ışığının kullanıldığı durum için yıllık enerji tüketimine yönelik hesaplamalar VIVALDI ve ecocalc ile ayrı ayrı yapılmıştır. Ayrıca, günışığı ve lamba ışığının birlikte kullanıldığı durum için yalnızca VIVALDI ile yıllık enerji tüketimi hesaplanmıştır. Tablo 1. Kullanılan lamba ve aydınlatma aygıtlarının özellikleri Bir aygıttaki lamba türü ve sayısı Aygıt kodu Aygıt sayısı Aygıt geriverimi Bir aygıta ilişkin toplam güç Bir aygıttan çıkan ışık akısı Aygıt ışık yeğinlik dağılımı 2 28 W T16 flüoresan lamba 2 28 W T16 flüor. lamba + 48W/65LED 60 W LED Zumtobel 42090017 Zumtobel 42177293 Siteco 5LM380D 1SL1 12 0.91 62W 5200lm 9 0.84 110 W 8900lm 12-60 W 5285 lm
4.1. VIVALDI Programı Aracılığıyla Maliyet ve Enerji Tüketiminin Belirlenmesi Bu bölümde, enerji tüketimine yönelik hesaplamalar yalnızca lamba ışığının kullanıldığı durum ve lamba ışığı ile günışığının birlikte kullanıldığı, bütünleşik aydınlatma durumu için yapılmıştır. Lamba ışığına yönelik yapılan hesaplama sonuçları enerji gereksinimi (kwh), birim alan başına enerji gereksinimi (kwh/m 2 ), enerji maliyeti (EUR), CO 2 salımı (kg), birim alan başına CO 2 salımı (kg) başlıkları altında günlük, haftalık, aylık ve yıllık değerler olarak Şekil 3 te yer almaktadır. A düzeni B düzeni C düzeni Şekil 3. Lamba ışığı ile aydınlatma için VIVALDI ile saptanan maliyet ve enerji tüketimi Bürolarda çalışma saatlerinin haftanın beş günü 09:00-18:00 arasında olduğu kabul edilmiştir. Günışığı hesaplamaları DIALux ortamında yalnızca 21 Mart 2011 günü için, 09:30-17:30 arasında birer saat ara ile toplam dokuz ayrı saat için yapılmıştır. Örneğin saat 9:30 için yapılan hesaplamanın saat 9:00-10:00 arasındaki günışığı aydınlıklarının yaklaşık olarak ortalamasını verdiği varsayılmıştır. 21 Mart için karma gök tipi seçilerek yapılan hesaplama sonuçlarının bu çalışmada yıl boyunca günlük ortalama enerji tüketimine karşılık geldiği varsayılmıştır. Daha duyarlı sonuçların elde edilebilmesi için, günışığı hesaplarının yıl boyunca daha fazla gün ele alınarak yapılması ve hesaplamalarda bu günlere uygun gök tiplerinin seçilmesi gereklidir.
Günışığına bağlı aydınlık denetimi amacıyla her aydınlatma düzenindeki aygıtlar altı farklı kontrol grubuna bağlanmış, hacimdeki altı çalışma bölgesinde de en az 500 lx ortalama aydınlık düzeyi olacak biçimde aydınlatma aygıtları dimmerlenmiştir. Gün boyunca lambaların çalışma yüzdesi ortalama olarak A düzeni için %15,1; B düzeni için %12,7; C düzeni için %13.5 olarak uygulanmıştır. DIALux programında her bir saat için günışığı ile aydınlatmaya yönelik elde edilen perspektif görüntüler ve ele alınan her saat için saptanan dimmerleme oranları VIVALDI ye aktarılmış ve burada söz konusu dimmerleme oranları uygulanmıştır. Böylece, bütünleşik aydınlatma için aydınlatma düzeninin maliyet ve enerji tüketimi VIVALDI ortamında hesaplanabilmiştir (Şekil 4). A düzeni B düzeni C düzeni Şekil 4. Bütünleşik aydınlatma için VIVALDI ile saptanan maliyet ve enerji tüketimi 4.2. ecocalc Programı Aracılığıyla Maliyet ve Enerji Tüketiminin Belirlenmesi Enerji tüketimi ve aydınlatma düzeninin maliyetine ilişkin hesaplamalar yalnızca lamba ışığının kullanıldığı durum için yapılmış, ulaşılan sonuçların başlıcaları Tablo 2 de sunulmuştur. Aydınlatma düzeni değerlendirme ölçütleri ve yüzdeleri, yıllık ortalama enerji
tüketimi (%50) aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam enerji giderleri (%40), aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam CO 2 salımı (%10) olarak seçilmiştir. Tablo 2. Lamba ışığı ile aydınlatma için ecocalc ile saptanan maliyet ve enerji tüketimi Karşılaştırılan ölçütler A düzeni B düzeni C düzeni Aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam giderler (EUR) 19132,3 34918,75 23749,97 Aydınlatma düzeninin ilk yatırım giderlerine karşı işletim 3217:15788 14392:20210 8165:15386 giderleri Aydınlatma düzeninin ilk yatırım giderleri oranına karşı işletim 17:83 42:58 35:65 giderleri oranı Aydınlatma düzeninin ilk yatırım giderleri sayısal oranına karşı 1:4,9 1:1,4 1:1,9 işletim giderleri sayısal oranı Yıllık m 2 başına enerji tüketimi (LENI) 22,37 28,65 21,8 Aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam enerji tüketimi 1768,25 2264,87 1723,32 (kwh) Toplam ilk yatırım maliyeti (EUR) 3217 14391,5 8165 Aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam işletim giderleri 15788,1 20210,32 15385,57 (EUR) Aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam CO 2 salımı 1732,88 2219,57 1688,85 Aydınlatma düzeninin ömrü boyunca toplam bakım giderleri (EUR) 4049,04 2968,75 3157,47 5. DEĞERLENDĐRME VE SONUÇ Đstanbul da yer alan ve güney yönüne bakan altı kişilik örnek büro hacminde farklı aydınlatma aygıtları ile üç farklı aydınlatma düzeni kurulmuştur. Aydınlatma aygıtlarının seçiminde ışık yeğinlik dağılımlarının benzer, kullanılan lamba türlerinin farklı olmasına önem verilmiştir. Günışığının gün boyunca değişimini dikkate alarak masalar üzerinde yeterli aydınlık düzeyini sağlayabilmek için, lamba ışığını denetlemek üzere altı farklı kontrol grubu oluşturulmuştur. Her kontrol grubunun gün içinde 0 ile 100 arasında değişen oranlarda dimmerlenmesi gerekmiştir. Aydınlatma aygıtları içindeki lambaların tam verimle çalıştıkları durum ele alınan her iki program ile değerlendirilmiştir. Günışığına bağlı lamba ışığının dimmerlenerek denetlendiği durum ise yalnızca VIVALDI de oluşturulmuştur. Lamba ışığı ile yapılan aydınlatmada VIVALDI ile ulaşılan sonuçlara göre, enerji tüketimi, toplam maliyet ve CO 2 salımı açısından en düşük değerler LED kullanılan C aydınlatma düzeninde elde edilmektedir (Şekil 3). Bunu sırasıyla flüoresan lamba kullanılan A düzeni ve flüoresan lamba ile birlikte LED in kullanıldığı B düzeni izlemektedir. Yapay ışık ile kurulan aydınlatma düzenleri ecocalc ile karşılaştırıldığında, enerji tüketimi, işletim giderleri ve CO 2 salımı açısından en olumlu düzen C, aydınlatma düzeninin bakım giderleri açısından en avantajlı düzen B olmakta, toplam ilk yatırım maliyeti açısından yapılan sıralamada ise A düzeni önde gelmektedir (Tablo 2). Seçilen aydınlatma tasarımı değerlendirme ölçütleri uyarınca düzenler arasında en başarılısı C, en olumsuzu B bulunmuştur. VIVALDI ile günışığı katkısının dikkate alındığı ve alınmadığı durumlar için yapılan hesaplama sonuçları arasında ortaya çıkan enerji tüketim farkının büyüklüğü, bütünleşik aydınlatmanın taşıdığı önemi vurgulamaktadır. Ayrıca her üç düzene göre tasarruf miktarının değişmesi, etkin enerji kullanımında bütünleşik aydınlatmanın yanı sıra lamba ve aygıt türü seçiminin taşıdığı önemi de göstermektedir (Şekil 3-4). Bu çalışmada, VIVALDI ve EcoCALC programlarının temel özellikleri ve kullanım olanakları tanıtılmış ve bu programlar ile elde edilebilecek sonuçların bir bölümüne yapılan
örnek uygulama eşliğinde yer verilmiştir. VIVALDI programı ile zaman dilimlerine göre değişen dinamik bir aydınlatma tasarımı oluşturulduğunda, tasarımın tüketim verilerine ek olarak video halinde kullanıcıya (ya da müşteriye) kolayca aktarılabilmektedir. ecocalc programının, tüketim, bakım, ilk yatırım, CO 2 salımı vb. bilgileri henüz tasarım aşamasında iken izleyebilme ve çeşitli yaklaşımları birbirleri ile karşılaştırma olanağı vermektedir. Aydınlatma tasarım sürecinde söz konusu programlardan yararlanılması, farklı tasarımlar arasından optimum olanın belirlenmesinde kolaylık sağlayacaktır. KAYNAKÇA 1. B. Junghans, Interactive lighting design with VIVALDI for optimised lighting solutions in balance of dynamic lighting quality, energy criteria and life cycle cost aspects, Lux Europa 2009, 493-498, Istanbul, Turkey, 9-11 September 2009. 2. http://www.zumtobel.com/vivaldi 3. B. Tralau, P. Dehoff, Examination: Ergonomic Lighting Indicator in practise, Lux Europa 2009, 507-512, Istanbul, Turkey, 9-11 September 2009. 4. http://www.zumtobel.com/com/en/ecocalc_registration.asp Arş. Gör. Arzu Cilasun Yaşar Üniversitesi Mimarlık Fakültesi, Selçuk Yaşar Kampüsü 35100, Bornova, Đzmir Tel: 0232 411 52 56, Faks: 0232 411 50 20 E-posta: arzu.cilasun@yasar.edu.tr Prof.Dr. Leyla Dokuzer Öztürk Yıldız Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Bölümü Yapı Fiziği Bilim Dalı, 34349, Beşiktaş, Đstanbul Tel: 0212 383 26 23, Faks: 0212 261 05 49 E-posta: dokuzer@yildiz.edu.tr